Estudio experimental del efecto de las propiedades resistentes de las estructuras en macizos rocosos con fracturas no persistentes
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Date
2014
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Abstract
Un problema común en ingeniería y en particular en mecánica de rocas, es evaluar el efecto de la interacción de materiales con diferentes resistencias y rigideces. Esta interacción es de gran importancia en mecánica de rocas, dado que se debe evaluar el efecto de la presencia de roca intacta y de discontinuidades. En casos en que las discontinuidades se presentan de forma no persistente, un gran número de parámetros influye en la resistencia y deformabilidad del macizo rocoso, por lo que no se ha logrado deducir una relación adecuada para predecir el comportamiento de dicho macizo, y aún más, aún hay parámetros con escasa documentación que agregan gran incertidumbre al problema. Es por esto, que en este trabajo se pretende evaluar el efecto de las propiedades resistentes de las estructuras en la resistencia, ductilidad y modo de falla de probetas con fracturas no persistentes. Para esto, en primer lugar se desarrolló un material modelo para representar las propiedades de una roca a escala de laboratorio. En segundo lugar se generaró estructuras reproducibles con propiedades conocidas. Y finalmente, se realizó una serie de ensayos biaxiales mediante los cuales se estudió el efecto de las propiedades resistentes en la resistencia, ductilidad y modo de falla del conjunto.Durante esta investigación se logró generar un material que representa el comportamiento de un material rocoso, con un comportamiento frágil y propiedades adimensionales en un rango adecuado para representar materiales rocosos. También, se logró generar 4 tipos de estructuras reproducibles cerradas, de las cuales se seleccionó sólo una para ensayos biaxiales, además de estructuras completamente abiertas. Mediante los ensayos biaxiales se comparó, en primer lugar, la resistencia de un modo de falla plano calculado de forma teórica (mediante la aplicación del criterio de Jennings) con los resultados experimentales. Mediante este procedimiento se pudo comprobar que la resistencia predicha por teóricamente se aproxima bien a la resistencia experimental en casos en que las estructuras tienen una orientación similar a la tensión principal mayor, en cambio sub estiman la resistencia entre un 30 y un 40 % en casos en que la orientación de las estructuras está inclinada en 45º con respecto a la tensión principal mayor. Además, mediante estos ensayos, se determinó que las propiedades resistentes de la estructuras afectan el modo de falla, incluso según lo visto en esta investigación, más que la geometría y la tensión principal secundaria. En esta investigación se observó que los ensayos biaxiales con conjuntos de estructuras discontinuas abiertas fallaron siempre por rotación, mientras que los ensayos biaxiales con conjuntos de estructuras discontinuas cerradas, fallaron siempre por falla plana. Se observó que la falla por rotación está asociada a una resistencia muy baja, grandes deformaciones y resistencia residual muy alta en comparación a su resistencia de falla. En cambio se observó que la falla plana está asociada a resistencias altas pero baja ductilidad y baja resistencia residual.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2014